肉類(lèi)食品產(chǎn)地溯源技術(shù)研究進(jìn)展

□ 姜 莎 范 鑫 張彥斌 張宏博 內(nèi)蒙古自治區(qū)食品檢驗(yàn)檢測(cè)中心

近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，對(duì)作為動(dòng)物性蛋白主要來(lái)源的肉類(lèi)食品的品質(zhì)要求也越來(lái)越高，一些特色地域標(biāo)志肉類(lèi)食品如蘇尼特羊肉、黑水鳳尾雞等開(kāi)始受到消費(fèi)者的青睞。由于供給不平衡，產(chǎn)業(yè)附加值高，在市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多假冒偽劣產(chǎn)品，損害了消費(fèi)者和企業(yè)的利益[1]。產(chǎn)地溯源技術(shù)的開(kāi)發(fā)既保護(hù)了地區(qū)品牌和特色產(chǎn)品，同時(shí)為食品安全監(jiān)管及追溯體系的建立提供了技術(shù)支撐。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了大量關(guān)于肉類(lèi)食品產(chǎn)地溯源方面的研究，本研究對(duì)穩(wěn)定同位素技術(shù)、礦物元素分析技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)與DNA指紋圖譜等技術(shù)[2]的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，以期為肉類(lèi)食品地理鑒別的進(jìn)一步發(fā)展提供有力的理論支持。

1 穩(wěn)定同位素技術(shù)

穩(wěn)定同位素在自然環(huán)境中不衰變，可作為溯源標(biāo)志物。但穩(wěn)定同位素分餾受環(huán)境、氣候、生物代謝類(lèi)型等多種因素的影響，使不同地理來(lái)源的肉類(lèi)同位素自然豐度存在一定差異，為肉類(lèi)產(chǎn)地鑒別的研究提供了特征性指紋信息[3]。

郭莉等[4]采集內(nèi)蒙古12個(gè)旗縣的564份羊肉樣品，運(yùn)用元素分析儀—同位素比質(zhì)譜儀聯(lián)用（elementary analyzer—stable isotope ratio mass spectrometers, EA—IRMS）法測(cè)定 δ13C和δ15N值，并進(jìn)行二維投射和層聚類(lèi)分析，結(jié)果表明，可以完全的將呼倫貝爾市和錫林郭勒盟放牧羊肉與西部區(qū)四子王旗、和林縣和達(dá)拉特旗舍飼羊肉區(qū)分開(kāi)。呂軍等[5]測(cè)定了3個(gè)地區(qū)牛肉樣品粗蛋白中δ13C、δ15N、δ2H與δ18O的值，判別分析及聚類(lèi)分析結(jié)果顯示，各地δ13C、δ15N、δ2H、δ18O都有顯著差異，并且可利用δ13C值推斷各地牛飼料中的主要成分。郭波莉等[6]采集青海省海北藏族自治州、海南藏族自治州、玉樹(shù)藏族自治州3個(gè)不同地域的牦牛肉，利用元素—穩(wěn)定同位素比率質(zhì)譜儀（EA—IRMS）分析樣品中δ13C、δ15N、δ2H的值，結(jié)果顯示，牦牛肉中穩(wěn)定同位素指紋與高海拔地區(qū)的牧草、飲水、地形密切相關(guān)，具有獨(dú)特的指紋特征。Erasmus等[7]利用穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀（IRMS）分析了來(lái)自7個(gè)農(nóng)場(chǎng)的南非杜泊羔羊，結(jié)果表明，13C/12C能反映飼料差異，利用13C/12C和15N/14N能區(qū)分不同農(nóng)場(chǎng)的羊，與產(chǎn)地有關(guān)的飼養(yǎng)方式的差異是區(qū)分南非羔羊原產(chǎn)地的一個(gè)重要因素。Sun等[8]測(cè)定了我國(guó)5個(gè)不同地區(qū)脫脂羊肉和羊毛樣品中碳、氮、氫同位素的含量，三類(lèi)同位素在不同地域間存在顯著差異，羊肉中的δ13C含量與飼料種類(lèi)極顯著相關(guān)（P＜0.01），δ13C、δ15N、δ2H含量與羊毛中各同位素顯著相關(guān)（P＜0.05），δ2H含量與飲水顯著相關(guān)（P＜0.05），因此，δ13C、δ15N、δ2H可作為羊肉產(chǎn)地判別指標(biāo)。Kim等[9]運(yùn)用穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀對(duì)335個(gè)韓國(guó)豬肉樣品和264個(gè)美洲和歐洲豬肉樣品中的碳、氮同位素比率進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果顯示，不同產(chǎn)地的豬肉，由于飼養(yǎng)方式的不同，其碳、氮同位素比率存在顯著差異，據(jù)此可將韓國(guó)豬肉與其他國(guó)家豬肉區(qū)分開(kāi)；之后他們又利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP—OES）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP—MS）對(duì)豬肉中的29種礦物元素含量進(jìn)行分析，將韓國(guó)豬肉與美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、荷蘭與比利時(shí)進(jìn)口豬肉進(jìn)行區(qū)分，判別率達(dá)97%[10]。

2 礦物元素分析技術(shù)

食品中的礦物元素需要從周?chē)h(huán)境中攝取，受地域環(huán)境因子（土壤、水、空氣等）的影響，可形成其典型的地域特征，被認(rèn)為是食品產(chǎn)地的有效溯源指標(biāo)[11]。

齊婧等[12]對(duì)3種不同地域來(lái)源的地理標(biāo)志豬肉中的33種礦物元素含量進(jìn)行測(cè)定，篩選出13個(gè)元素進(jìn)行主成分分析、多重比較分析和判別分析。其 中 Na、Fe、Co、Cu、Zn、Se、Rb與Sr地域差異顯著（P＜0.05）。通過(guò)對(duì)比得出正交偏最小二乘判別分析（orthogonal partial least—squares discrimination analysis，OPLS—DA）和決策樹(shù)分類(lèi)模型較適合基于礦物元素指紋分析的特色豬肉產(chǎn)地溯源，交叉驗(yàn)證準(zhǔn)確率達(dá)到100%。白婷等[13]研究了市售白羽肉雞和黑水鳳尾雞雞胸肉和雞腿肉中氨基酸和礦物質(zhì)元素含量之間的差異，結(jié)果顯示，通過(guò)對(duì)15種礦物質(zhì)元素進(jìn)行主成分分析、聚類(lèi)分析和判別分析，其中Mn、Mo和Cs 3個(gè)元素可將這兩個(gè)品種100%區(qū)分開(kāi)來(lái)。孫淑敏等[14]運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定了3個(gè)牧區(qū)2個(gè)農(nóng)區(qū)的脫脂羊肉和土壤樣品中4種常量元素和13種微量元素的含量，結(jié)合方差分析、相關(guān)分析和判別分析。結(jié)果表明，礦物元素含量在地域間有明顯差異，農(nóng)區(qū)普遍高于牧區(qū)。其中，脫 脂 羊 肉 中 的 Ca、Zn、Be、Ni、Fe、Ba、Sb、Mn和Se元素含量與土壤相關(guān)，是用于羊肉產(chǎn)地溯源的有效指標(biāo)，對(duì)單個(gè)地域樣品的判別率在70%～100%，對(duì)農(nóng)牧區(qū)樣品的判別率在90%以上。池福敏等[15]采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法對(duì)來(lái)自4個(gè)地區(qū)的藏豬樣品中的15種礦物元素進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，不同產(chǎn)地藏豬肉樣在鉀、鈉、鎂、鐵及硒的含量上差異極顯著，可進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)地鑒別分析。Zhao等[16]采用穩(wěn)定同位素和多礦物元素分析方法，測(cè)定了來(lái)自不同產(chǎn)地的脫脂牛肉樣品中的碳、氫同位素和23種礦物元素，結(jié)合主成分分析和判別分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維和模式判別，正確率可達(dá)100%，交叉驗(yàn)證率為100%。Rees等[17]選擇碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值和鎂、鉈、銣與鉬等礦物元素對(duì)雞肉產(chǎn)地進(jìn)行溯源，通過(guò)交叉驗(yàn)證的判別分析，綜合判別率為88.3%（n=339）。Zhao等[18]對(duì)來(lái)自中國(guó)4個(gè)省的雞肉中的碳、氮穩(wěn)定同位素和12種礦物元素進(jìn)行分析，從中篩選出K、Zn、Rb和13C、15N組成判別模型，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行DA—PCA分析，結(jié)果表明，應(yīng)用穩(wěn)定同位素和多元素分析技術(shù)相結(jié)合的判別效果優(yōu)于單獨(dú)使用礦物元素。

3 近紅外光譜技術(shù)

近紅外光是指波長(zhǎng)在780～2 526 nm范圍內(nèi)的電磁波，具有光的“波力”二象性，主要吸收含氫基團(tuán)（—CH，—NH，—OH 等）振動(dòng)的倍頻和合頻。當(dāng)待測(cè)樣品中含有以上不同基團(tuán)時(shí)，可利用近紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。

楊旭寧等[19]建立了基于Matlab圖形用戶界面（graphical user interface，GUI）的平臺(tái)，用以鑒別羊肉產(chǎn)地，根據(jù)900～1 700 nm高光譜成像儀采集3個(gè)不同產(chǎn)地羊肉新樣本的近紅外高光譜數(shù)據(jù)驗(yàn)證鑒別平臺(tái)的有效性，正確率為85%。孫瀟等[20]利用近紅外光譜結(jié)合聚類(lèi)分析、主成分分析對(duì)來(lái)自4個(gè)產(chǎn)地的180個(gè)經(jīng)蒸、煮、微波加工的同雞齡、同部位雞肉樣本建立產(chǎn)地溯源判別模型，預(yù)測(cè)集識(shí)別正確率為90%～95%。由此可見(jiàn)，近紅外光譜模型不僅可用于冷鮮肉產(chǎn)地溯源的判別，還可用于加工后肉品的產(chǎn)地溯源。孫淑敏等[21]采用近紅外光譜指紋技術(shù)對(duì)3個(gè)牧區(qū)、2個(gè)農(nóng)區(qū)的99份羊肉樣品進(jìn)行分析，利用主成分分析結(jié)合線性判別分析（principal component analysis +linear discriminant analysis，PCA+LDA），以及偏最小二乘判別分析法（partial least squares discrimination analysis，PLS—DA）建模，結(jié)果表明，PCA+LDA法優(yōu)于PLS—DA法，對(duì)5個(gè)地域來(lái)源樣本的整體確判別率為91.2%。史巖等[22]利用近紅外光譜（780～2 500 nm）結(jié)合主成分分析和聚類(lèi)分析對(duì)5個(gè)產(chǎn)地100個(gè)雞肉樣本進(jìn)行分析，建立了雞肉產(chǎn)地溯源的判別模型，對(duì)預(yù)測(cè)集的識(shí)別率和拒絕率均為100%。Sun等[23]利用近紅外光譜結(jié)合主成分分析（PCA）、偏最小二乘分析（D—PLS）、線性判別分析（LDA）和偏最小二乘回歸（PLSR）對(duì)3個(gè)牧區(qū)和2個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)的羔羊肉樣品進(jìn)行分析，結(jié)果表明，D—PLS和LDA對(duì)牧區(qū)和農(nóng)區(qū)樣本的正確判別率均為100%，對(duì)5個(gè)單個(gè)區(qū)域樣本的正確判別率分別為88.9%和75%。

4 DNA指紋圖譜技術(shù)

DNA指紋是指建立在DNA分子標(biāo)記基礎(chǔ)上，以生物個(gè)體間核苷酸序列變異為基礎(chǔ)的遺傳標(biāo)記（分子標(biāo)記），可直接在DNA水平上檢測(cè)生物個(gè)體間的差異，是生物個(gè)體在DNA水平上遺傳變異的直接反映。

吳瀟等[24]從24個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記（simple sequence repeats，SSR 標(biāo)記）中通過(guò)雜合度和多態(tài)信息含量計(jì)算篩選出11個(gè)用于豬肉產(chǎn)品的DNA溯源，統(tǒng)計(jì)分析顯示，這11個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記能有效區(qū)分100個(gè)隨機(jī)個(gè)體，同時(shí)采集的10個(gè)肌肉和內(nèi)臟組織樣的基因型是一致的，并通過(guò)基因型判斷這些樣品來(lái)自43號(hào)個(gè)體。

5 其他技術(shù)的應(yīng)用

劉興勇等[25]分析了利用17種水解氨基酸的含量對(duì)云南5地的黑山羊肉進(jìn)行產(chǎn)地溯源的可行性，并進(jìn)行了方差分析、主成分分析、聚類(lèi)分析、K最鄰近法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判別分析，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)聚類(lèi)分析和K最鄰近法進(jìn)行產(chǎn)地鑒別，羊肉樣品被分為5類(lèi)，分別代表5個(gè)不同產(chǎn)地，其中來(lái)自麗江、龍陵和羅平的樣品能實(shí)現(xiàn)100%完全分類(lèi)，來(lái)自昆明、石林、麗江3地的樣品的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)正確率為100%。田曉靜等[26]利用質(zhì)地特性參數(shù)結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析（主成分分析、典則判別分析和線性判別分析）對(duì)4個(gè)產(chǎn)地的羊肉進(jìn)行鑒別，結(jié)果表明，線性判別分析建立的羊肉地域判別模型，對(duì)4個(gè)產(chǎn)地羊肉的正確識(shí)別率達(dá)到70%。Zaima等[27]對(duì)3個(gè)不同產(chǎn)地的日本黑牛大腿肉中的脂質(zhì)含量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，常規(guī)的液相—質(zhì)譜提取方法得到的3個(gè)樣品中的脂質(zhì)種類(lèi)和含量沒(méi)有明顯的區(qū)別，而運(yùn)用基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像技術(shù)（matrix assisted laser desorption ionization mass spectrometry imaging，MALDI MSI）結(jié)合主成分分析則可以根據(jù)不同產(chǎn)地牛肉中的脂質(zhì)差異來(lái)進(jìn)行產(chǎn)地溯源。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，穩(wěn)定同位素技術(shù)、礦物元素分析技術(shù)、近紅外光譜技術(shù)與DNA指紋圖譜等技術(shù)目前在肉類(lèi)食品產(chǎn)地溯源中發(fā)展較快。目前大多數(shù)研究?jī)H采用了單一的檢測(cè)手段及較傳統(tǒng)的模式識(shí)別方法，而肉類(lèi)食品產(chǎn)地溯源是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)。因此，多種技術(shù)的聯(lián)合使用以及現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)的不斷提高，從而建立各參數(shù)與產(chǎn)地來(lái)源的穩(wěn)定圖譜信息，將是國(guó)內(nèi)外肉類(lèi)食品產(chǎn)地溯源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。